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文档简介
植物光生理学温室光控甚么是光?可以产生视觉效果的电磁波能量光的不同应用光周期调控photoperiodism光合作用补光photosynthesis光质影响photomorphogenesis与栽培作物相关的光的特质•
光量强(度)–
光合作用•
光质(波长-颜色)–
光型态发生•
累计时间
–
光周期光的两种说法•颗粒–
光的行为就像一堆有能量的粒子–
光子(光量子)•
对作物非常重要•
波–电磁波可有很短或很长的波长–能量与波长成反比–短波长代表高能量能量与波长(λ的)关系低能量高能量Far-redPhotosynthetic
&Visible
Light电磁波如何产生任何物体温度在绝对零度以上都会辐射电
磁波•辐射的电磁波能量取决于物体的温度•
提高物体温度等于提高总辐射出去的能量•史蒂芬-波兹曼Stephan-Boltzman
定律温度
vs.波长(λ)•
温度与辐射出去的电磁波波长成反比•
炜恩定律:由物体辐射出去的电磁波波峰
位置的波长与绝对温度成反比
(λ=2897/T,λ
inum,Tin
K)•
可以透过控制物体的温度来控制光的颜色色素与光吸收吸收特定波长的物体色素是物体内的一种化学物质可接受特
定波长使得该物体具有某种特性。COLOR光的受体叶绿素chlorophylla
a,b的吸收峰位于红光600~700
nm
与蓝光400~500nm
波段植物体内的色素PigmentLight
AbsorbedLightReflectedChlorophyll绿素violet,blue,redCarotenoids类胡萝卜素
blueYellow
OrangeZanthophyll叶黄素
blueYellow
OrangeMelanin黑色素
mostvisiblelightBlackAnthocyaninsblue,
UVRedPhenolicsUV叶光量量测:光传感器QuantumSensor
光量Photosynthesis,in
μmol/m2/sPyranometer辐射能Solarenergy,
inW/m2Photometer照度Illumination,in
Lux四种光传感器安装于于温室内412,3TSR全太阳辐射感测器PAR
光量传感器Pyrarometer太阳辐射传感器净辐射传感器
(上方扣除下方)光传感器•全太阳辐射光谱,单位:
W/m2•PAR(PhotosyntheticallyActiveRadiation):
光合作用有效光,400~700
nm范围内的
光子数量,单位:umol/m2/s•辐射传感器,单位:W/m2•所有光量传感器都必须水平摆放,一般
会安置于可调整水平的座台上照度计其他太阳能相关传感器便携式三种不同量测单位LI-190:
QuantumLI-200:
PyranometerLI-210:
Photometricmeter人眼与植物的敏感度曲线及太阳光谱Human
PlantSpectralirradiation
vs.sensitivitycurveofPlants量测照度•以人眼对光线的敏感度为依据•
非常主观•
常用单位=1呎烛光foot
candle(ftc),lux•ftc
orfc距:离1根蜡烛1英呎量到的照度
•Lux距:离1根蜡烛1m量到的照度光的敏感度曲线人眼
vs.叶片人眼与植物感受到的光相差颇远园艺业界改不过来的陋习•
仍然使用Lux或fc的照度单位•此单位只对空间照明有意义•涉及人类眼睛内的锥状体与柱状体对光
线的敏感度•由于植物感光机制与人眼不同,不宜使
用此单位,但已积习难改•此类传感器称为photometricsensor量测辐射能•
以能量的观点量测电磁辐射•
使用单位=
W/m2•
缺点–
与波长不相关量测光量子•只量测与光合作用直接相关的波段
,以光合
作用有效光Photosynthetic
Photon
Flux(PPF)
称之•波段范围侷限于400-700nm•
使用单位:μmol/m2/s其中
=mol=(6.02x
1023)photons=
μmol=(6.02x
1017)photons传感器的敏感度曲线光量子传感器的限制Quantum(
μmol/m2/s/nm)0.400.300.200.100.003004005006007008009wavelength(nm)QuantumSensorcannotbeusedtomeasureredor
blue
LEDsRedLED-
Max
at
634nmBlue
LED
Max
at
462nm光量
(光的强度)直接影响:1.
光合作用•直接与接受到的光子数量有关CO2
+H2O+LightEnergy
→(CH2O)n
+O22.植株高度3.植株分化开(花)可用光的限制因子•季节•纬度•
一天中的时间•
云层、设施被覆资材影响太阳的角度一天中太阳的轨迹3
DViewSouthernLat.32deg.光线的入射角与强度Lambert’scosineLawAsyouchangetheangleof
incidence(θ),theintensityof
alightbeamwilldecreaseastheangleof
incidencedecreasesθθThereductioncarries
overintotheamount
of
lightthatpassesthroughthegreenhousecovering.入射角90o
isthe
angle
atwhichtransmission
intensity
occursAsthe
angle
of
the
sunhitting
thegreenhouse
roofincreasesto90o,light
transmission
into
the
greenhouse
increases.Ingeneral,
thehigher
the
sunis
inthe
sky,
the
greater
thetransmission
intothe
greenhouse.Low
sunangle
inthewinter
along
with
short
days
dramatically
reduce
light
levels
inthegreenhouse
during
thattime
of
theyear.Time
of
YearCloudCover五月的阴天可比十二月的晴天提供更多的光量是由
于光期时间的拉长低光状态下的植物生理1较.长的节间距离,使茎拉长2较.大的叶表面积3较.
薄的叶片与茎4较.
薄的角质层
5.一层栅状细胞为了最大化光合作用所做的调整Sunvs.
ShadeLeafShadeSun猜猜哪一株没见过光线两株百合都开花了
但高度相差这么多光质•ControlsPhotomorphogenesis(plant
developmentandform)•Mediatedbyphytochrome(proteinpigment)–
redlight
absorbing
form
(Pr)–
FRlight
absorbing
form
(Pfr)–
Forms
arephotoinconvertible,
depending
onthe
whichtype
of
light
is
absorbed光质红光REDPr
Pfr远红光FR•
两者均影响植物•最终的影响就看是何者主控人眼看不到FR
Red
此FR盒有5倍于
R盒的能量FR植物对较低的
R:FR值(通常<
1的)反应Low
R:FRcanresult
from
increase
inFR
orreduction
inRedand
is
indicated
by:1.Elongatedinternodes
(stretching)2.Reducedlateralbranching3.Elongatedpetioles4.Larger,thinner
leaf
blades5.Smaller
totalleafarea(duetolowernumbers
of
leaves6.Reducedchlorophyll
synthesis植物对较高的
R:FR值(通常>
1的)反应较高的R:FR值可能是减少红外光(
FR)或是增加
红光(R)1.节间缩短2.
增加侧芽3.
较小花瓣4.
较厚较小叶片5.
较多总叶面积6.增加叶绿体数量(深绿色)R:FR<
1Elongatedinternodes(stretching)Reducedlateralbranching
ElongatedpetiolesLarger,thinnerSmaller
totalleafarea(dueto
lowernumbers
of
leaves)Reducedchlorophyll
synthesisR:FR>
1Reducedinternode
length(shortstems)IncreasedlateralbranchingShorterpetiolesThicker,
smaller
leavesGreatertotalleafareaGreen(increased
chlorophyll)哪一种比较强健?哪一种较美观?以上图片中何者是在
R>FR的情况下栽培的?避遮反应•
Leaves
strongly
absorbredandblue
light•
The
closerplants
aretoaneighboring
plant:•
less
redlight
available
forabsorption•
still
havenearly
allFRlight
present
because
of
FR
istransmitted
andreflectedbut
not
absorbed•
Phytochrome
respondstothe
quality
of
light
within
thecanopyof
crowded
plants•
Mechanismbywhichplants
cantellhow
close
neighboringplants
areand
out-compete
foravailable
space•在密植状态下Pr为主控的光敏素,Pr引起避遮反应叶片对不同波长的光能的反射、吸收与穿透率光敏素Phytochrome的其他反应可侦测一日将尽Endof
DayResponse侦测一日将尽•
Plantresponsetothe
changes
inthe
ratio
of
Red/FR
light•
Asdayprogresses,greater
chance
of
scattering
light
in
atmosphere
becauseof
lower
sunangle•
Shorterλhave
greaterprobability
of
scattering•
At
endof
day,lowest
Red/FRratio
for
the
day–redlight
scatteredmuch
more
than
FREOD-important
in
timing
ofphotoperiodicflowering光周期光期长度Asaresultof
seasonalchangesin
daylength,plantshaveevolved
systemstoensureviability
of
seeds:-protectionbeforewinter-coincidewiththerainy/dryseasonsPhotoperiodism-plantabilitytodetectand
respondtodaylength光周期•
短日照植物,当日长低于某临界时数
就开花•长日照植物,当日长高于某临界时数
就开花•
日中植物,开花不受日长之影响光周期光周期的调节植物主要是侦测夜间的长度Thatmeans
thatduring
short
dayperiods
of
theyear
byinterrupting
orsplitting
along
night
with
arelatively
shortphotoperiod
theplantperceives
a
shortnight
andlong
dayeffect
even
though
the
natural
daylength
hasnot
changed作物依光周期分类•Obligat强e制的
-plantthatmustabsolutelymeetthedaylengthrequirementtoflower•Facultative授权的
-plantthatwill
flowerundermost
photoperiods
but
will
flowermostreadilywhenthephotoperiodicrequirementismet光周期调节的优点•允许全年有花•在过去–
菊花只有秋季销售–
康乃馨只能在春天与早夏生长–蝴蝶兰只有过农历年有花温度的交感作用临界日长通常与温度有关•
短日植物(SDP),当温度增加,临界日长缩短–Mums菊花–Poinsettias圣诞红•长日植物(LDP),当温度降低,临界日长缩短–Fuchsia倒吊金钟–
Spinach菠菜温室内光量调控来控制植物生长光的特质光量最大化決定於•
光量
•温室设计–Photosynthesis
•使用被覆资材•
光期•
作物间距–
Photoperiodism
•
其他会吸收反/•
光质
射光线的物体–PhotomorphogenesisGreenhouseOrientation(directiontheridgeruns)East-West
North-South•
More
light
interception•
Morepermanent
shadows•
Moresnow
blown
offroof
by
wind
(<40N
or
S)•
Lesslight
interception•
Lesspermanent
shadows•
Betternaturalventilation(<40
N
or
S)。。光线的入射角•
If
light
strikesroof
at
90
°,thenhave
maximum
light
transmission•
If
light
strikesroof
not
at90
°
,
thenless
light
transmittedθθ纬度越高越需要留意–单栋→东西向–连栋→
南北向透过屋顶的坡度来最大化入射的光量•高纬度地区譬如美国
俄亥俄州(~40°N)的
冬季,太阳入射角度
很低•屋顶需要超过60度
,
使光线正向屋顶斜面
来接受最大光量温室跨距与屋顶斜度不同屋顶斜角的屋脊高度温室跨距屋脊高度
@26°斜度屋脊高度
@
63°斜度21
ft
(6.4
m)5.1ft
(1.53
m)20.6
ft
(6.18m)32
ft
(9.6
m)7.8
ft31.4
ft49
ft
(14.7
m)11.9
ft48.1
ft!常见屋顶斜角宽度
<25ft
宽度
>25ft
(7.6m)32
°
26
°光线穿透率受温室被覆资材影响也受维护状况影响•GlazingMaterial(%lighttransmission)–
Glass(low
iron)
(93%)–
Exolite
(double
acrylic)
(92%)–
Lexan
(double
polycarbonate)
=(78%)•Cleaningglazingmaterial–
Severaltimes
ayear(usually
rainfall
will
dothis)–
Remove
shading
compound
bymid-October光线穿透率受温室结构影响也受维护状况影响•Superstructure–
↑
superstructure,
↑
shading–
Heavy
glazing
requiresmore
superstructure–
Frame
10-12%,
sash
bars
5-7%reductions–
Supplemental
lighting
fixtures
can
shade•Superstructurecleanandpainted–
Aluminum
=reflective–
Wood-paintedwhite
and
kept
clean有许多结构会挡光,但还好有涂成白色,所以光线反射效果佳理想中的花梗发育
位置与方向目前植株摆置方向移走会遮荫的物体•
Adequateplant
spacing–
Reduces
shade
avoidance
response–
Don’toverdowith
thenumbers
of
hanging
baskets•
Objectscloseto
greenhouse
(trees,buildings,
etc)–
Distance
away=2xHeight
ofobjectGreenhouseshadowscanbea
seriousproblem,especiallyif
theydon’tmove
during
the
dayReducingLightIntensity•Why
shade?–
Low
light
plants
don’tlikehigh
light–
Reducetemperature–
Havereachedlight
saturation
point•Shadingmethods–
Shade
cloth–
Shading
compoundsInternalandexternalshade
systems光控4遮荫网设定晨间温度较低允许较高光量43
421光控光控设备
-
白漆光控设备
-内遮荫网光控设备
-外遮荫网Shade
clothShading
compoundsAdvantages:Easily
appliedorReducesairtemps
moreremovedeffectivelyKnown
%Disadvantages:Notas
effectiveMoreor
less
permanentat
reducing(difficultto
remove)airtempsHavetouse
speciallyformulatedcompounds
forbothapplication
and
removal.Application
notuniform不同应用下所需的光量*Photosynthesisisareciprocalprocess.Lowintensity
canbe
overcomebylongerexposure.Useumol/m2/sDisplay15Photoperiod10-12Survival100Maintenance200Propagation80Photosynthesis
for
Growth
andDevelopment400-1200*光周期调节•控制开花期•
营养生长vs.
生殖生长–
人为短日
•黑布–
人为长日•日长延长•
夜间打断人为短日•
Pull
blackcloth–
Opaquematerial
blocks
all
light–SDPinduced
to
flower–
Reflective
toreduce
heat
delay–
Canbe
automated–
Can‘double’
asthermalblanket
to
hold
in
heaton
cold
nights人为长日•
日长延长–诱导长日植物开花–
Light
(FR
containing)
for3-6hrs
at
end
ofday–
Low
intensity
(1-3mmol/m2/s,
7-10fc)•夜间打断–防止短日植物开花–
2-4hrs
of
lowlight
during
darkperiod–
Wantlittle
FR
in
light调控
R:FR•Minimizeshadeavoidanceresponse•Removeexcessvegetationfromplantstopreventself-shading(e.g.geraniums)•Preventshadingfromotherplants–
Minimize
#of
hangingbasketsoverplants–
Properpot
spacing•
Spacevisible
betweenplants
atleastuntilplants
are
nearlyready
to
shipBenchCoverandPot-spacingSymbols(multi-lingual)其他作法•滤光–
塑胶膜添加吸收FR的色素来增加R:FR–
技术尚未完全成熟•
生物科技–更多光敏素让植物可以看见更多红光–紧实、墨绿、更多分枝。颜色愈深的滤纸代表吸收愈多的FR光合作用人工补光•光积值
=光强度*累计时间–
500
μmol/m2/照s
1小时=
100
μmol/m2/照s
5小时•
善用此定律来进行补光设计(长时间低光量)–透过更多灯具来加强光量会更贵且造成更多遮
荫日累积光量
(光积值)•日累积光量
DailyLightIntegral
(DLI)•μmol/m2/s光量子数单位•μmol/m2/sxhr/dayx3.6/
1000=mol/m2/day•250x
16x3.6/
1000=
14.4•300x
16x3.6/
1000=
17.28(叶烧发生)92光量单位转换•
以下转换只适用于太阳光2000
μE=2000
μmol/m2/s=9800fc呎烛光(lumen/ft2)=
1060W/m2=
106000Lux(lumen/m2)93光控设备
-植物灯人工光源种类•灯泡•
荧光灯管•
高强度放射灯–
金属灯–水银灯–低压钠灯–高压钠灯太阳之外的光源选择人工光源的考量•
Cost–
Fixture–
Installation–
Energyconsumption•
Easeof
Installation•
Spectralcharacteristics
(λ)•
Type
of
crop•
Power
(wattage)•
Heatreleased•
Efficiency–
Amount
of
electricalenergyconvertedtolight
energy•
Life
Expectancy•
Output
Loss•
Weight
of
fixture灯泡•
Easily
installed•
Low
efficiency•
Low
intensity•
Large
amount
of
heatgiven
off•
Spectrum
contains
far-red
(R:FR
>
1:1)•
OKforphotoperiodic
control–
Daylength
extension–
Night
break灯泡灯管•
Moreefficient
than
incandescent•
Low
intensity•
Lessheatgenerated
than
incandescents•
Nofar-red
but
some
UV•
Goodfor
growth
chambers,
coolers,
andphotoperiod
(night
break)use•
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